Araştırmacılar, lityum iyon pil verimliliğini iyileştirmek için yeni bir yol geliştirdi

Japonya'daki Shinshu Üniversitesi Malzeme Kimya Bölümü'nde Enerji ve Çevre Bilimleri Merkezi'nden Profesör Nobuyuki Zettsu ve merkezin müdürü Profesör Katsuya Teshima araştırmayı yürütmüştür.

Yazarlar bu sene Ocak ayında Bilimsel Raporlarda çevrimiçi yayınladılar.

"Düşük lityum taşıma sayısı, katı / sıvı arayüzündeki karmaşık reaksiyon ve termal dengesizlik gibi sıvı elektrolitlerin bazı içsel özelliklerinden dolayı, aynı anda mevcut elektrokimyasal cihazların herhangi birinde yüksek enerji ve güce ulaşmak mümkün olmamıştır, Gazetede ilk yazar olarak Nobuyuki Zettsu dedi.

Lityum iyon piller şarj edilebilir ve cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, elektrikli el aletleri ve hatta elektrik şebekesi için depolama gücü gibi cihazlara güç sağlar. Sıcaklık akışlarına özellikle duyarlıdırlar ve yangınlara ve hatta patlamalara neden olduğu bilinmektedir. Sıvı elektrolitlerle ilgili problemlere yanıt olarak, bilim adamları sıvı olmadan daha iyi bir katı hal pil geliştirmeye çalışıyorlar.

Zettsu, "Tüm katı hal pillerinin beklenen avantajlarına rağmen, güç karakteristiği ve enerji yoğunluklarının uzun menzilli elektrikli araçlar gibi teknolojilerde uygulanmasına izin verecek şekilde geliştirilmesi gerekir." Dedi. "Tüm katı hal pillerinin düşük hız kapasitesi ve düşük enerji yoğunlukları, kısmen, sıvı elektrolit sistemlerine kıyasla yüksek ikonik iletkenlik sergileyen uygun katı-katı heterojen arayüz oluşturma teknolojilerinin eksikliğinden kaynaklanıyor."

Zettsu ve ekibi, elektrotları büyüdükçe katı bir duruma bağlayan bir substrat üzerinde bir çözücü (akı) olarak kullanılan erimiş LiOH içinde granat-tipi oksit katı elektrolit kristalleri üretti. Araştırmacıların kübik olarak büyütüldüğü bilinen belirli bir kristal bileşiği, tabaka içindeki kalınlık ve bağlantı alanını kontrol etmesine izin verir ve bu da seramik ayırıcı olarak işlev görür.

Zettsu, "Elektron mikroskobu gözlemleri, yüzeyin iyi tanımlanmış çokyüzlü kristallerle yoğun bir şekilde kaplandığını ortaya koymuştur. Her kristal, komşu olanlara bağlanmıştır."

Zettsu ayrıca, yeni gelişen kristal tabakanın elektrolit tabakası üzerindeki elektrolit tabakasını istiflerken ideal seramik ayırıcı olabileceğini de söyledi.

Zettsu, "Arayüzde yan etkilere karşı dayanıklılığımızın ince ve yoğun bir arayüzle ideal seramik ayırıcıların üretimine yol açabileceğine inanıyoruz," diye yazdı, bu deneyde kullanılan seramiklerin kullanılmaması için çok kalın olduğunu kaydetti. katı bataryalarda. "Ancak, elektrot tabakası 100 mikron kadar ince yapılabildiği sürece, istifleme katı bir batarya olarak çalışacaktır."

Yüz mikron bir insan saçı genişliğinde ve çağdaş lityum-iyon pillerde standart bir elektrot tabakasının kalınlığının iki katından biraz daha azdır.

"Tüm katı hal piller enerji depolama cihazları için umut verici adaylar." Dedi. Zettsu, araştırmacılar ve özel şirketler arasındaki pek çok işbirliğinin, 2020 Olimpiyat oyunlarındaki tüm katı hal pil örneklerini sergilemenin nihai hedefi ile devam ettiğini belirtti. Tokyo.

Zettsu ve diğer araştırmacılar elektrikli araç kullanımı için prototip hücreler ve 2022 yılına kadar giyilebilir cihazlar üretmeyi planlıyorlar.

Bu projedeki diğer işbirlikçiler arasında Tohoku Üniversitesi Malzeme Araştırmaları Enstitüsü'nden, Nagoya Teknoloji Enstitüsü'nde Malzeme Bilimi için Frontier Araştırma Enstitüsü ve Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü'nden araştırmacılar yer alıyor.

Kaynak: Bilim Günlük